共軛聚合物光電子材料是有機(jī)光電子材料的重要組成部分,尤其是在可溶液法加工的有機(jī)光電子器件制備方面有著明顯的優(yōu)勢。因此,發(fā)展高性能的可溶液法加工的P-型有機(jī)半導(dǎo)體材料,是制備大面積、低成本的有機(jī)電路的迫切需要。中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室劉云圻課題組研制了一類可溶液法加工的、具有良好空氣穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的高性能P-型聚合物半導(dǎo)體材料PDVT,溶液法加工場效應(yīng)器件(BGBC結(jié)構(gòu))研究結(jié)果表明:兩個聚合物都表現(xiàn)出良好的空穴遷移性能,其遷移率均高于2.0 cm2/V.s,電流開關(guān)比大約在105~107。其中,含長鏈側(cè)基的聚合物PDVT-10的遷移率最高可以達(dá)到8.2 cm2/V.s,這一結(jié)果是目前所報(bào)道的溶液法加工聚合物場效應(yīng)器件的最高遷移率。(圖1)

圖1 共軛聚合物PDVT-8和PDVT-10的分子結(jié)構(gòu)
聚合物材料的π-π堆積距離對于解釋有機(jī)半導(dǎo)體特性來說是一個重要的參數(shù)。中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室劉云圻課題組在北京同步輻射裝置1W1A-漫散射實(shí)驗(yàn)站,采用掠入式X-射線衍射(GIXRD)解析了聚合物PDVT-8 和PDVT-10薄膜的堆積形態(tài)(圖2)。兩個聚合物的d-d分別為19.44 ? 和21.11 ?,π-π 分別為 3.72 ? 和3.66 ?。這一相對較小的d-d 和π-π堆積間距都是十分有利于載流子傳輸。另外,小的d-d堆積間距,使得聚合物骨架上的烷基鏈緊密的交錯排列,從而有效的阻止了氧、水等不利于電子傳輸?shù)奈镔|(zhì)的入侵。這是此材料有良好的空氣穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的原因。


圖2 (a) PDVT-8與PDVT-10薄膜材料的面外GIXRD數(shù)據(jù);(b) PDVT-8與PDVT-10薄膜材料的面內(nèi)GIXRD數(shù)據(jù);(c) 聚合分子可能的排列模型。
柔性的有機(jī)場效應(yīng)晶體管及倒相器制備成功,證明此材料在低成本、大面積加工的有機(jī)電子學(xué)中有著重要的潛在應(yīng)用價值。相應(yīng)的結(jié)果發(fā)表在國際著名雜志《先進(jìn)材料》上(Adv. Mater. 2012, 24, 4618–4622),并被選為當(dāng)期封面(圖3)。

圖3 相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表《先進(jìn)材料》上并被選為封面文章
(BEPC信息員李恒提供)